基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究制造技术

本发明专利技术公开了基于氧化锌‑碳纤维纳米复合材料(ZnO‑CNF)修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究，其中修饰电极的制备方法包括以下步骤：采用分层涂布的方法依次将ZnO‑CNF复合材料和血红蛋白分步滴涂在离子液体碳糊电极（CILE）表面，室温下自然晾干后，再在电极表面固定一层起保护作用的Nafion膜，晾干后即可得到Nafion/Hb/ZnO‑CNF/CILE。本发明专利技术制得的修饰电极对亚硝酸钠（NaNO2）具有良好的电催化还原效果。

【技术实现步骤摘要】
基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究
本专利技术涉及纳米材料、化学修饰电极与电化学酶传感器
，尤其涉及基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料（ZnO-CNF）修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究。
技术介绍
生物传感器是一种以生物分子或者生物衍生物为敏感元件结合理化换能器的分析装置；生物传感器可进行快速的检测，在环境监测、食品检验、药品分析和生化分析等方面具有重要的实用价值；一个好的传感器应具有以下优点：高的灵敏度和选择性，响应快速，重现性及稳定性好，具有长的使用寿命等；随着当前生物传感技术的不断进步，对生物传感器性能的要求逐步提高，发展新型简便、准确可靠、灵敏且耐用的生物传感器显得尤为重要。静电纺丝技术具有操作简单、成本低廉、产量大、尺寸可控等优点，利用静电纺丝法可以制备出不同类型的原丝纤维，并且可以进一步制备出碳纳米纤维；其中制备高性能的聚丙烯腈（PAN）基碳纳米纤维需要具备以下三个条件：（1）采用高纯度、高强度和质量均匀的PAN原料；（2）将PAN纺丝成纤维；（3）进行碳化及石墨化处理。纳米金属氧化物具有良好的的热稳定性和化学稳定性、可控的孔径粒度和良好的生物相容性等特点，结合静电纺丝和高温碳化技术，可以制备出复合纳米金属氧化物的碳纤维复合材料，进而可用于锂离子电池、电化学传感器、生物医药工程等研究领域。亚硝酸盐是一种常用的食品添加剂，它可以防止肉毒梭状芽孢杆菌的产生，提高食品的安全性；但是人体吸收过量亚硝酸盐后会抑制铁血红蛋白发生氧化反应生成高铁血红蛋白，从而丧失运输氧的功能；亚硝酸盐本身并不致癌，但在适当条件下它可通过与二级胺类发生反应生成亚硝酰胺，而亚硝酰胺具有很强的致癌性，因此建立一种准确、快速、灵敏的测定亚硝酸盐含量的方法具有重要意义。本专利技术利用静电纺丝并结合高温碳化技术成功制备出ZnO-CNF纳米复合材料，将其固定在CILE表面，进一步将Hb、Nafion依次固定在电极表面，构建一种基于ZnO-CNF纳米复合材料修饰电极的电化学酶传感器；利用该传感器对亚硝酸钠（NaNO2）进行了电催化研究，证实该传感器对NaNO2具有良好的电催化还原效果。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料（ZnO-CNF）修饰电极的电化学酶传感器的制备方法，并探究了其对亚硝酸钠的电催化还原效果。本专利技术探索了基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料（ZnO-CNF）修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究，制得的酶传感器对NaNO2具有良好的电催化还原效果；另外，本专利技术所提及到的基于ZnO-CNF复合材料修饰电极的电化学酶传感器具有制备工艺简单、适用性好、便于推广使用等优良特性。本专利技术采用的技术手段如下：一种基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料（ZnO-CNF）修饰电极的电化学酶传感器的制备方法，包括以下两个步骤：1、离子液体碳糊电极（CILE）的制备方法：将石墨粉与离子液体（HPPF6）按照质量比（1~3）:1均匀混合后放入研钵中，再加入300~700μL液体石蜡作为粘合剂，研磨均匀后得到碳糊，然后将碳糊填入玻璃管中压实，内插铜丝作为导线，得到离子液体碳糊电极（CILE）；2、ZnO-CNF复合材料修饰电极的制备方法：室温条件下，取6~10μL0.5~2.0mgmL-1ZnO-CNF分散液滴涂在CILE表面，自然晾干后，得到ZnO-CNF/CILE电极；再取6~10μL、10~30mgmL-1血红蛋白溶液（Hb）滴涂ZnO-CNF/CILE表面，自然晾干后，得到Hb/ZnO-CNF/CILE电极；最后取4~8μL、0.3~0.7%Nafion溶液滴涂在Hb/ZnO-CNF/CILE电极表面，自然晾干后得到Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE电极。上述步骤1中，所述石墨粉与离子液体（HPPF6）的质量比优选2:1，液体石蜡的用量优选500μL，且玻璃管的内径约为4mm；上述步骤2中，所述ZnO-CNF溶液的最佳浓度为1.0mgmL-1，优选用量为8μL；上述步骤2中，所述血红蛋白溶液（Hb）优选的浓度和用量分别为15mgmL-1和8μL；上述步骤2中，所述Nafion溶液是用乙醇作溶剂配制而成，浓度优选0.5%，用量优选6μL。本专利技术所制备的Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE修饰电极的检测环境为pH2.0的磷酸盐缓冲溶液（PBS）中。本专利技术所述的Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE修饰电极可用于电催化还原NaNO2。附图说明图1为不同修饰电极在pH2.0的PBS缓冲溶液中扫描速度为100mVs-1时的循环伏安图，其中曲线a为Nafion/CILE修饰电极的循环伏安曲线；曲线b为Nafion/ZnO-CNF/CILE修饰电极的循环伏安曲线；曲线c为Nafion/Hb/CILE修饰电极的循环伏安曲线；曲线d为Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE修饰电极的循环伏安曲线。图2为不同pH缓冲溶液中Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE的循环伏安图(a到g：2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0)。图3为式电位（E0′）与pH的线性关系。图4为Hb和Hb-ZnO-CNF复合材料混合物的红外光谱图（FT-IR）。图5为Hb在水溶液中和ZnO-CNF复合材料混合液中的紫外-可见吸收光谱图（UV-Vis）。图6为修饰电极在不同浓度NaNO2存在下的循环伏安图，a到k为0.5,1.0,1.5,2.0,2.5,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0,8.0mmolL-1，其中插图为催化还原峰电流与NaNO2浓度之间的关系曲线图。具体实施方式以下结合说明书附图和具体的实施例对本专利技术作进一步描述，但并不因此而限制本专利技术的保护范围。实施例1：Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE在pH2.0的PBS缓冲溶液中的直接电化学行为研究了Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE在pH=2.0的PBS缓冲溶液中、扫描速度100mVs-1的直接电化学行为，结果如图1所示，从图中可以看出，曲线(a)Nafion/CILE和曲线(b)Nafion/ZnO-CNF/CILE均没有任何氧化还原峰出现，即表面没有电活性物质存在于电极表面。而曲线(c)Nafion/Hb/CILE出现一对氧化还原峰但峰电流较小，这说明Hb分子和CILE电极之间存在着电子转移。曲线(d)Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE出现一对峰形良好且稳定的氧化还原峰。随着ZnO-CNF纳米复合材料的加入，峰电流显著增大，这说明ZnO-CNF的存在加快了Hb和CILE电极之间电子转移速率。从曲线d中可以直接看出峰电位分别为Epa为-0.126V和Epc为-0.211V，峰电位差(△Ep)为0.085V，式电位（E0'）为-0.169V(vs.SCE)，氧化还原峰电流之比为0.967，接近于1，表明Hb在ZnO-CNF复合材料修饰电极上的直接电子转移可以很容易实现。实施例2：pH对Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE电化学信号响应的影响本实验研究磷酸盐缓冲溶液的pH对Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE直接电化学行为的影响，结果如图2和图3所示。当pH本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于氧化锌‑碳纤维纳米复合材料(ZnO‑CNF)修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究，其特征在于，涉及两方面的内容：(1) 一种基于ZnO‑CNF修饰电极的电化学酶传感器的制备方法；(2) 修饰电极Nafion/Hb/ZnO‑CNF/CILE对亚硝酸钠（NaNO2）的电催化研究。

【技术特征摘要】
1.基于氧化锌-碳纤维纳米复合材料(ZnO-CNF)修饰电极的电化学酶传感器的电化学行为研究，其特征在于，涉及两方面的内容：(1)一种基于ZnO-CNF修饰电极的电化学酶传感器的制备方法；(2)修饰电极Nafion/Hb/ZnO-CNF/CILE对亚硝酸钠（NaNO2）的电催化研究。2.根据权利要求1所述的一种基于ZnO-CNF复合材料修饰电极的电化学酶传感器的制备方法，其特征在于，所选用的基底电极为离子液体碳糊电极（CILE），且基底电极在使用前需将其表面打磨光滑。3.根据权利要求1所述的一种基于ZnO-CNF复合材料修饰电极的电化学酶传感器的制备方法，其特征在于，ZnO-CNF修饰电极的制备方法为：室温条件下取6~10μL、0.5~2.0mgmL-1ZnO-CNF分散液涂布在CILE表面，自然晾干后得到ZnO-CNF/CILE电极；再取6~10μL、10~30mgmL-1血红蛋白溶液（Hb）滴涂在ZnO-CNF/CILE表面，自然晾干后得到...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙伟，李晓燕，赵文舒，牛燕燕，李小宝，谢慧，罗贵铃，刘娟，习亚茹，熊懿，
申请(专利权)人：海南师范大学，
类型：发明
国别省市：海南,46